waktu getar gedung peraturan gempa Indonesia

Waktu getar gedung (Building Periods) adalah suatu hal yg sangat penting dalam analisa beban gempa karena menentukan langsung besarnya beban gempa rencana (Seismic Base Shear). Melihat rumusan dasar, waktu getar dipengaruhi oleh kekakuan dan massa. Jika berat atau massa suatu sistem adalah tetap, maka waktu getar akan lebih singkat/pendek pada struktur dgn kekakuan besar. Hal tersebut menjadikan struktur yg kaku akan menerima beban gempa yg besar, namun kondisi mendekati sangat kaku tidak demikian keadaannya (?) seberapa kaku. Sebaliknya struktur yg kurang kaku atau fleksibel hanya akan menerima beban gempa yg lebih kecil. Peraturan gempa membatasi struktur yg terlalu fleksibel dgn alasan diantaranya pengaruh P-delta, namun ada pertanyaan lain bagaimana jika pengaruh tersebut juga sudah ditinjau (?) seberapa fleksibel.

2017-01-17-21_46_03-blank-page-%e2%80%8e-microsoft-edge

(sumber: PUSKIM, 2011)

Peraturan gempa Indonesia (PPKGURG/SNI  1726) mengalami perubahan dan perbaikan dari tahun ke tahun (1987, 2002 dan 2012). Pada saat peraturan gempa PPKGURG-1987, diberikan rumusan empiris untuk pendekatan waktu getar tersebut, berbeda dgn peraturan tahun berikutnya SNI 1726-2002 menggunakan rumus Rayleigh yg mana ini tidak berbeda jauh dgn analisa ragam getar (modal analysis) dgn kekakuan non struktural dinding pengisi diabaikan. hal tersebut yg mendasari sya tidak menggunakannya, namun merujuk pada pustaka Goel & Chopra (1997) yg lebih bisa sya terima kerena berdasarkan hasil uji eksperimental sejak saat itu.

2017-01-17-20_51_48-eeri_periodstl

2017-01-17-20_52_23-eeri_periodrcf

(sumber: Goel & Chopra, 1997)

Tahun belakangan ada penelitian lain mengenai rumusan empiris dari Goel & Chopra terhadap hasil uji eksperimental gedung beton bertulang di negara Canada, hasilnya menunjukan adanya selisih dan menunjukan rumusan tersebut over-estimated (?)

2017-01-17-20_49_53-wcee2012

2017-01-17-22_58_18-wcee2012

(sumber: Kuthyn et al, 2012)

belakangan di negara Eropa juga banyak dilakukan peneilitan uji experimental mengenai rumusan pendekatan waktu getar gedung, hasilnya ditunjukkan berikut.

2017-01-18-05_24_15(sumber: Mucciarelli et al, 2014)

Terlihat cukup berbeda signifikan plot akumulasi titiknya, apakah ini mungkin disebabkan kondisi portal gedung yg sudah cracked section (damage) dengan yg masih sedikit crack (undamaged), perlu studi pustaka lebih lanjut (?)

Tahun sebelumnya hasil penelitian di negara Iran dan Jepang, sebagai berikut

2017-01-18-23_55_32Steel Buildings test data

2017-01-18-23_18_21RC Building test data

(Sumber: Jalali et al, 2005)

Tahun kemarin hasil penilitian di negara Arab Saudi,

2017-01-19-00_12_02RC Frames Building

(sumber: Fayed et al, 2015)

 

Hal lain yg menjadi pertanyaan adalah mengenai kekakuan lateral penahan beban gempa, secara logika scenario, gedung baru yg belum terkena beban gempa hanya akan sedikit mengalami retak akibat beban gravitasi sehingga kekakuannya akan cukup besar.  Namun peraturan gempa menetapkan reduksi sebesar 30% pada kolom dan 65% pada balok dgn lebar efektif. Belum lagi kontribusi kekakuan lateral akibat adanya dinding pengisi, melihat berbagai rujukan (diagonal compression strut) menjadikan cukup signifikan banyak perbedaan nilai hasilnya. bahkan kondisi tertentu menjadikan perilaku kurang baik saat dinding pengisi dipasang sebagian tinggi lantai dan juga tidak merata setiap bentang ada. Pengabaian adanya dinding pengisi tentunya akan menjadikan beban gempa rencana yg lebih kecil karena penurunan nilai kekakuannya. Namun disisi lain ada kekurangan saat menggunakan nilai reduksi cracked section yg kecil dan model adanya dinding pengisi yang akan menjadikan distribusi gaya dalam terutama kolom akan lebih kecil saat dilakukan analisa orde kedua (second order analysis) kerena merupakan fungsi dari defleksi lateral. Keadaan lain setelah beban gempa bekerja adalah penurunan kekakuan dari dinding pengisi non structural karena terjadi diagonal cracking dan crushing pada sudut petemuan kolom dgn balok, dimana dalam keadaan tersebut pengaruh P-delta akan meningkat. Perilakunya cukup rumit dan untuk mempelajarinya perlu simulasi dgn analisa program nonlinear (geometry & material) bahkan tahap damage (lose stiffness & strength) namun perlu di benchmark dulu sebelumnya dgn hasil test labs.

Berikut adalah contoh sederhana mengenai perbedaan rumus nilai waktu getar gedung menurut peraturan gempa Indonesia dgn analisa ragam getar (modal analysis) program bantu SAP2000. Pada analisa berikut beban merata dinding dianggap tidak ada, sehingga hasil waktu getar akan lebih kecil. Penampang yg digunakan diberikan reduksi nilai effektif  kondisi retak.

Struktur Portal Beton Bertulang,

 

2017-01-17-21_08_41-sap2000-testbuildingperioid

 

2017-01-17-21_08_41-sap2000-testbuildingperioid1

2017-01-17-21_08_41-sap2000-testbuildingperioid2

Struktur Portal Baja,

2017-01-17-21_08_41-sap2000-testbuildingperioidstl1

2017-01-17-21_08_41-sap2000-testbuildingperioidstl3

2017-01-17-21_08_41-sap2000-testbuildingperioidstl2

Terlihat hasil dari modal analysis diatas menunjukan nilai waktu getar yg 1.9 kali lebih besar dari rumusan empiris pada struktur portal beton dan sampai 2.5 kali lebih besar pada struktur portal baja. cukup besar perbedaannya, hal ini disebabkan karena dimensi penampang pada model analisa yg masih dalam tahap preliminary design dan hal lainnya yg cukup besar kontribusinya adalah kekakuan nonstructural (dinding pengisi, tangga, dll) pada rumus pendekatan (Goel & Chopra) berdasarkan data uji.

Data uji periode getar bangunan kelihatannya masih krang jelas, belum disampaikannya kondisi bangunan seperti initial crack element structural, konfigurasi denah tinjauan elemen non-structural, distribusi dan besarnya massa yg bekerja aktual terutama dari massa akibat beban hidup.

Ada yg perlu dipertanyakan, mengapa pada perturan gempa tahun sebelumnya (1987 dan 2002) menjadikan acuan adalah rumus Rayleigh? bukan rumusnya yg tidak reliable namun jelas disitu adanya fungsi kekakuan struktur yg mana ini biasanya mengabaikan nonstructural (dinding pengisi, tangga, etc). maksudnya jika ada seorang perencana yg menghitung waktu getar dgn rumus Rayleigh hasilnya dapat berbeda dgn  perencana lain karena representasi kekakuan tsb,apalagi dibandingkan dgn sya yg bakalan masukin pengaruh nonstruktural ke model.

Lampiran,

waktugetargedung2

 

Terlihat peraturan gempa Indonesia terbaru saat ini (SNI 1726-2012) hasilnya sama persis dengan rumusan pendekatan dari Goel & Chopra (1997) yang mana hal tersebut sudah ditunjukan oleh peneliti lain diatas masuk kondisi over-estimated (?), kemungkinan karena alasan tersebut yg akan menjadikan sya untuk tidak menggunakannya lagi di kemudian waktu sya merencanakan gedung. Perlu ditekankan suatu peraturan/code atau standard adalah hanya ketentuan minimum yg perlu dipenuhi, jadi seorang perencana qualified perlu melakukan judgment perubahan jika sudah ada banyak penilitian yg menunjukkan tidak aman, ingat pesan singkat dari expert team penyusun codes luar, … the codes may change every year periodically. don’t be truthfully and blindly to follow the codes, physical nature is the law.  sdah agak lupa persisnya dan siapanya karena sdh lama bgt :)

maksudnya jgn terlalu yakin aman kalo sudah mengikuti sebuah code atau menggunakan software desain canggih, seperti yg ditunjukkan rumus perhitungan waktu getar gedung metode Rayleigh dan Modal analysis dapat over-estimated karena mengabaikan kontribusi kekakuan non-structural sehingga menjadikan beban gempa akan kecil.

 

… need to be add,

  • modal analysis based on final design of section properties.
  • performance design comparison for simple two-dimensional RC building with code based on PPKGURG-1987/SNI T-15-1991-03 vs SNI 1726-2002/SNI 03-2847-2002 and SNI 1726-2012/SNI 2847:2013
  • effect of additional masonry infill loads and stiffness (diagonal compression strut), references study for seeking of limitation.
  • reviewing of empirical formula based experiment of building period test.
  • modal analysis including effect of compression stress softening